1.一种车轮轮辋形状优化方法,其特征在于,其具体包括以下步骤:
S1、建立轮毂三维模型,分析轮辋的功能特征并建立初始轮辋等效截面模型;
S2、分析轮辋的工况特征,并建立初始轮辋等效截面的有限元模型;
S3、获得初始轮辋等效截面的有限元模型中各节点的应变能系数 计算轮辋等效截面的传力路径,具体为:S31、对步骤S2得到的初始轮辋等效截面的有限元模型做静力分析,假设受力点为A,约束点为B,任意点为C,计算完成后,提取受力点A的位移dA,根据表达式(1)计算出初始轮辋等效截面的应变能U;
其中,PA为在受力点A施加的载荷,KAA、KAC为点A相对于点A、点C的刚度,dC为任意点C产生的位移;
S32、删除初始轮辋等效截面有限元模型中的受力点载荷,保持约束条件不变,固定任意节点C,将步骤S31提取的受力点位移dA作为载荷施加在受力点A,根据表达式(2)计算出删除初始轮辋等效截面受力点载荷并施加位移dA后的初始轮辋等效截面应变能U';
其中,P’A为在受力点施加位移载荷后产生的等效作用力;
S33、依次固定初始轮辋等效截面有限元模型的任意节点C,按表达式(2)计算得到各个节点对应的应变能U'C,根据表达式(3)计算各节点对应的应变能系数其中,C表示有限元模型中的任意节点,其取值范围为:1,2,3,……n,n为有限元模型的节点总数;
提取所有节点的位置坐标及应变能系数 值,将任意节点对应的应变能系数 插值在有限元模型的节点上,得到轮辋等效截面的应变能系数云图及 等值线,将等值线的脊线确定为轮辋等效截面的主传力路径;
S4、依据传力路径上应变能系数 的变化规律,建立传力性能评价策略,分析轮辋等效截面的传力性能,以降低应变能系数 的衰减速度和衰减加速度为准则,给出轮辋形状优化策略;
S5、根据步骤S4的传力性能优化策略,获得多个参数控制的新轮辋等效截面形状,并根据轮辋功能特征,确定多个参数的优化范围;
S6、建立新轮毂参数化模型,以轮毂重量最小为目标,以步骤S5设定的多个参数为设计变量,以参数优化范围、轮毂最大应力和最大位移为约束,建立表达式(4)所示的轮毂参数优化数学模型,采用优化算法进行参数优化,得到最终的轮辋形状及轮毂模型;
其中,Xi为设计变量,m为设计变量的总数,f(x)为目标函数,M为轮毂重量,σmax为轮毂的最大应力值,[σ]为轮毂材料的许用应力,dmax为轮毂的最大位移量,[d]为轮毂要求的最大位移,Ximin为第i个设计变量的最小值,Ximax为第i个设计变量的最大值。
2.根据权利要求1所述的车轮轮辋形状优化方法,其特征在于,所述步骤S1具体为:利用三维建模软件建立轮毂三维模型,提取轮辋截面形状,根据轮毂与车轴、轮胎的安装位置以及轮毂内部驱动电机、控制臂、刹车片的安装位置及功能特征,确定轮辋截面优化区域,建立初始轮辋等效截面模型。
3.根据权利要求1所述的车轮轮辋形状优化方法,其特征在于,所述步骤S2具体为:分析轮毂在实际工作过程中承受的载荷类型,将其等效到步骤S1得到的轮辋等效截面模型中,得到轮辋的工况特征,通过分析载荷类型进行等效简化,施加在轮辋等效截面上,采用有限元仿真软件建立初始轮辋等效截面的有限元模型。
4.根据权利要求1所述的车轮轮辋形状优化方法,其特征在于,所述步骤S4具体为:根据步骤S3得到的主传力路径,分析初始轮辋等效截面传力路径上应变能系数 的变化规律以及轮辋内、外轮廓 的变化规律,以传力路径长度为横坐标,以 值为纵坐标,建立传力路径上 变化规律的评价坐标图;在坐标图上,主传力路径上 的衰减速度越大的区域,表明该区域路径上材料对结构刚度的贡献度越大,当衰减速率的变化量即衰减加速度越大的区域,表明该区域复杂的结构形状使力流的方向产生了突变,容易引起应力集中,因此,在轮辋形状优化时,优化传力路径上 衰减速度、衰减加速度大的区域,优化策略是降低 衰减速度和衰减加速度,传力优化的手段是采用新的轮廓线替代初始的轮辋轮廓。
5.根据权利要求1所述的车轮轮辋形状优化方法,其特征在于,所述步骤S5具体为:根据步骤S4得到的轮辋形状优化策略,设定多个参数来控制轮辋新的轮廓线,采用参数控制轮辋新的截面形状,并根据轮辋的功能特征,确定各个参数的优化范围。